mivel a rák genetikai betegség, a szerzett gyógyszerrezisztencia mechanizmusainak hátterében két genomiális esemény áll: Genomváltozások (pl. gén amplifikáció és deléció) és epigenetikai módosítások.
genetikai okokszerkesztés
Genomváltozások szerkesztés
a genom instabilitása miatti kromoszómális átrendeződés gén amplifikációt és deléciót okozhat.A gén amplifikáció a kromoszóma egy régiójának kópiaszám növekedése. amelyek gyakran előfordulnak szilárd daganatokban, és a megváltozott génexpresszió révén hozzájárulhatnak a tumor evolúciójához.
Hörcsögsejt-kutatások 1993-ban azt mutatták, hogy a DNS-szintézisben részt vevő DHFR gén amplifikációja a kromoszóma törésével kezdődött a gén alatt, és a híd-törés-fúziós képződmények későbbi ciklusai nagy intrakromoszomális ismétlődéseket eredményeznek. Az onkogének túlzott amplifikációja a kemoterápiára adott válaszként fordulhat elő, amelyről azt gondolják, hogy a rezisztencia több osztályának mögöttes mechanizmusa. Például a DHFR amplifikáció a metotrexátra adott válaszként, a TYMS (a DNS szintézisében részt vevő) amplifikáció az 5-fluorouracilra adott válaszként, a BCR-ABL amplifikáció pedig az imatinib-mezilátra adott válaszként következik be. A rákos betegek sejtjeiben a gén amplifikáció területeinek meghatározása hatalmas klinikai következményekkel jár.A gén deléció ellentétes a gén amplifikációval, ahol a kromoszóma egy régiója elvész, a gyógyszerrezisztencia a tumor szuppresszor gének, például a TP53 elvesztésével következik be.
genomi instabilitás akkor fordulhat elő, ha a replikációs villa zavart vagy elakadt a migrációjában. Ez akkor fordulhat elő, replikációs villa gátak, fehérjék, mint a PTIP, CHD4 és PARP1, amelyek általában törli a sejtek DNS-károsodás érzékelők, felmérők, és reagálók BRCA1 és BRCA2.
epigenetikai mechanizmusokszerkesztés
a daganatellenes gyógyszerrezisztencia epigenetikai módosításai fontos szerepet játszanak a rák kialakulásában és a gyógyszerrezisztencia kialakulásában, mivel hozzájárulnak a génexpresszió szabályozásához. Az epigenetikus kontroll két fő típusa a DNS-metiláció és a hiszton-metiláció/acetilezés. A DNS-metilezés a metilcsoportok DNS-hez való hozzáadásának folyamata, általában az upstream promoter régiókban, amely megállítja a DNS transzkripcióját a régióban, és hatékonyan elhallgattatja az egyes géneket. A hiszton módosítások, mint például a dezacetilezés, megváltoztatják a kromatinképződést és elhallgattatják a nagy kromoszómális régiókat. A rákos sejtekben, ahol a génexpresszió normális szabályozása lebomlik, az onkogének hipometilezéssel aktiválódnak, a tumorszuppresszorok pedig hipermetilezéssel elnémulnak. Hasonlóképpen, a gyógyszerrezisztencia kialakulása során felvetődött, hogy az epigenetikai módosítások a pro-gyógyszerrezisztencia gének aktiválódását és túlzott expresszióját eredményezhetik.
a rákos sejtvonalakon végzett vizsgálatok kimutatták, hogy az MDR1 gén promoter hipometilezése (metiláció elvesztése) túlzott expressziót és multirezisztenciát okozott.
metotrexát-rezisztens emlőrákos sejtvonalakban, gyógyszerfelvétel és folát-hordozó expresszió nélkül, DAC-t adva, egy DNS-metilációs inhibitort, javította a gyógyszerfelvétel és a folát-hordozó expresszióját.
a melanoma sejtben a fotemusztin alkiláló gyógyszerrel szembeni szerzett rezisztencia magas Mgmt aktivitást mutatott az MGMT gén exonok hipermetilezésével kapcsolatban.
az Imatinib-rezisztens sejtvonalakban kimutatták, hogy a SOCS-3 gén metilációval történő elnémítása STAT3 fehérje aktiválódást okoz, ami kontrollálatlan proliferációt okozott.
ráksejt mechanizmusokszerkesztés
a rákos sejtek rezisztenssé válhatnak több gyógyszerrel szemben a megváltozott membrántranszport, a fokozott DNS-javítás, az apoptotikus útvonalhibák, a célmolekulák, a fehérje és az útvonal mechanizmusainak megváltozása, például enzimes deaktiválás révén.
megváltozott membrán transzportedit
a daganatellenes rezisztencia mechanizmusainak áttekintése, valamint a főbb érintett gének példái. A kék dobozok a rákos sejtek proliferációs mechanizmusait jelzik; a zöld dobozok a terápiás beavatkozásokat jelzik; a piros dobozok ellenállási mechanizmusokat jeleznek.
a daganatellenes gyógyszerek számos osztálya hat az intracelluláris komponensekre és útvonalakra, mint például a DNS, a nukleáris komponensek, ami azt jelenti, hogy be kell jutniuk a rákos sejtekbe. A P-glikoprotein (P-gp) vagy a többszörös gyógyszerrezisztencia fehérje egy foszforilezett és glikozilezett membrán transzporter, amely a gyógyszereket a sejtből ki tudja juttatni, ezáltal csökkentve vagy megszüntetve a gyógyszer hatékonyságát. Ezt a transzporter fehérjét az MDR1 gén kódolja, és ATP-kötő kazetta (ABC) fehérjének is nevezik. Az MDR1-nek promiszkuált szubsztrát-specifitása van, lehetővé téve számos szerkezetileg változatos vegyület szállítását a sejtmembránon, főleg hidrofób vegyületek. Tanulmányok kimutatták, hogy az MDR1 gén aktiválható és túlexpresszálható a gyógyszerekre adott válaszként, így számos gyógyszerrel szembeni rezisztencia alapját képezi. Az MDR1 gén túlzott expresszióját a rákos sejtekben arra használják, hogy a daganatellenes gyógyszerek intracelluláris szintjét a sejtölő szint alatt tartsák.
például a rifampicin antibiotikumról kimutatták, hogy indukálja az MDR1 expressziót. A különböző gyógyszerrezisztens sejtvonalakkal és a beteg DNS-ével végzett kísérletek olyan gén átrendeződéseket tártak fel, amelyek az MDR1 aktiválódását vagy túlzott expresszióját indították el. A c3435t polimorfizmus az MDR1 226. exonjában szintén erősen korrelált a p-glikoprotein aktivitással.
az MDR1 az NF-kB-n keresztül aktiválódik, amely egy fehérje komplex, amely transzkripciós faktorként működik. Patkányban az NF-kB kötőhelye szomszédos az mdr1b génnel, az NF-kB aktív lehet a tumorsejtekben, mert mutált NF-kB génje vagy gátló IkB génje kemoterápia alatt mutálódott. Colorectalis rákos sejtekben az NF-kB vagy az MDR1 gátlása fokozott apoptózist okozott egy kemoterápiás szerre adott válaszként.
Enhanced DNA repairEdit
Az Enhanced DNA repair fontos szerepet játszik a rákos sejtek azon képességében, hogy leküzdjék a gyógyszer által kiváltott DNS-károsodásokat.
a platina alapú kemoterápiák, mint például a ciszplatin, a tumorsejteket célozzák meg DNS-szálaik keresztkötésével, mutációt és károsodást okozva. Az ilyen károsodás programozott sejthalált (például apoptózist) vált ki a rákos sejtekben. A ciszplatin-rezisztencia akkor fordul elő, amikor a rákos sejtek fokozott képességet fejlesztenek ki az ilyen károsodások visszafordítására azáltal, hogy eltávolítják a ciszplatint a DNS-ből és helyreállítják az esetleges károkat. A ciszplatin-rezisztens sejtek upregulálják az excision repair cross-complementing (ERCC1) gén és fehérje expresszióját.
egyes kemoterápiák alkilező szerek, Vagyis alkilcsoportot kötnek a DNS-hez, hogy megakadályozzák annak olvasását. Az O6-metil-guanin DNS-metiltranszferáz (MGMT) egy DNS-javító enzim, amely eltávolítja az alkilcsoportokat a DNS-ből. Az MGMT expresszióját számos rákos sejt szabályozza, ami megvédi őket az alkilezőszerektől. Megnövekedett Mgmt expressziót találtak vastagbélrákban, tüdőrákban, non-Hodgkin limfómában, emlőrákban, gliomákban, myelomában és hasnyálmirigyrákban.
apoptotikus útvonal defectsEdit
a TP53 egy tumor szuppresszor gén, amely a p53 fehérjét kódolja, amely a DNS károsodására vagy DNS-javítással, sejtciklus-leállítással vagy apoptózissal reagál. A TP53 elvesztése gén delécióval lehetővé teheti a sejtek folyamatos replikációját a DNS károsodása ellenére. A DNS-károsodás toleranciája a rákos sejteknek rezisztencia módszert adhat azokkal a gyógyszerekkel szemben, amelyek általában apoptózist indukálnak a DNS-károsodás révén.
az apoptotikus útvonalhoz kapcsolódó gyógyszerrezisztenciában részt vevő egyéb gének közé tartozik a h-ras és a bcl-2/bax. Megállapították, hogy az onkogén h-ras növeli az ercc1 expresszióját, ami fokozott DNS-javítást eredményez (lásd fent). Megállapították, hogy a h-ras gátlása növeli a ciszplatin érzékenységét a glioblastoma sejtekben. A Bcl-2 szabályozatlan expressziója leukémiás sejtekben (non-Hodgkin-limfóma) csökkentette az apoptózis szintjét a kemoterápiás szerekre adott válaszként, mivel a Bcl-2 a túlélést elősegítő onkogén.
módosított célmolekulák
a célzott terápia során gyakran a cél módosította önmagát, és csökkentette kifejeződését olyan mértékben, hogy a terápia már nem hatékony. Ennek egyik példája az ösztrogén receptor (ER) és a progeszteron receptor (PR) elvesztése az emlőrák anti-ösztrogén kezelésekor. Az ER és a PR elvesztésével járó daganatok már nem reagálnak a tamoxifenre vagy más antiösztrogén kezelésekre, és bár a rákos sejtek némileg reagálnak az ösztrogén szintézis gátlókra, végül nem reagálnak az endokrin manipulációra, és már nem függenek az ösztrogéntől a növekedéshez.
az emlőrák kezelésére használt terápiák másik sora a kinázok, például az emberi epidermális növekedési faktor receptor 2 (HER2) megcélzása az EGFR családból. Mutációk gyakran előfordulnak a HER2 gén inhibitorral történő kezelés után, a tüdőrákos betegek körülbelül 50%-ánál találtak EGFR-T790M gatekeeper mutációt.
a krónikus mieloid leukémia (CML) kezelése magában foglal egy tirozin-kináz inhibitort, amely az imatinib nevű BCR/ABL fúziós gént célozza meg. Néhány Imatinib-rezisztens embernél a BCR/ABL gén újraaktiválódik vagy amplifikálódik, vagy egypontos mutáció történt a génen. Ezek a pontmutációk fokozzák a BCR-ABL fehérje autofoszforilációját, ami az ATP-kötő hely stabilizálódását eredményezi aktív formájává, amelyet az imatinib nem köthet meg a megfelelő gyógyszeraktiváláshoz.
a topoizomeráz jövedelmező célpont a rákterápiában, mivel kritikus szerepet játszik enzimként a DNS replikációban, és számos topoizomeráz inhibitor készült. Rezisztencia akkor fordulhat elő, ha a topoizomeráz szintje csökken, vagy ha a topoizomeráz különböző izoformái differenciálisan oszlanak el a sejten belül. Mutáns enzimeket is jelentettek a beteg leukémiás sejtjeiben, valamint mutációkat más daganatokban, amelyek rezisztenciát biztosítanak a topoizomeráz inhibitorokkal szemben.
megváltozott metabolizmus
a daganatellenes rezisztencia egyik mechanizmusa a gyógyszer-metabolizáló enzimek vagy hordozómolekulák túlzott expressziója. A metabolikus enzimek expressziójának növelésével a gyógyszerek gyorsabban átalakulnak gyógyszer konjugátumokká vagy inaktív formákká, amelyek ezután kiválasztódhatnak. Például a glutation fokozott expressziója elősegíti a gyógyszerrezisztenciát, mivel a glutation elektrofil tulajdonságai lehetővé teszik, hogy reagáljon citotoxikus szerekkel, inaktiválva őket. Bizonyos esetekben a gyógyszer-metabolizáló enzimek csökkent expressziója vagy expressziójának elvesztése rezisztenciát eredményez, mivel az enzimekre szükség van a gyógyszer inaktív formából aktív formába történő feldolgozásához. Az arabinozidot, a leukémia és a limfómák általánosan alkalmazott kemoterápiáját citozin-arabinozid-trifoszfáttá alakítják a deoxycytidin-kináz. A dezoxicitidin-kináz mutációja vagy az expresszió elvesztése rezisztenciát eredményez az arabinoziddal szemben. Ez az enzimatikus deaktiválás egyik formája.
a növekedési faktor expressziós szintje elősegítheti a daganatellenes terápiákkal szembeni rezisztenciát is. Emlőrákban a gyógyszerrezisztens sejtek magas szintű IL-6-ot expresszáltak, míg az érzékeny sejtek nem fejezték ki a növekedési faktor jelentős szintjét. Az IL-6 aktiválja a CCAAT enhancer-binding protein transzkripciós faktorokat, amelyek aktiválják az MDR1 gén expresszióját (lásd a membrán transzportjának megváltoztatása).
